Bir işi daha kolay yapabilmek için kullanılan düzeneklere basit makineler denir Bu basit makineler kuvvetin doğrultusunu, yönünü ve değerini değiştirerek günlük hayatta iş yapmamızı kolaylaştırır
Basit Makinelerin Genel Özellikleri :
1 Basit makine ile, kuvveten, hızdan ve yoldan kazanç sağlanabilir Fakat aynı anda hepsinden kazanç sağlanamaz Birinden kazanç varsa, diğerlerinden aynı oranda kayıp vardır
2 Kuvvet kazancı, yükün kuvvete oranı olarak ifade edilir Yük kuvvet ile dengede ise,
3 Hiçbir basit makinede işten kazanç yoktur Hatta sürtünme gibi nedenlerden dolayı kayıp vardır Sürtünmenin olmadığı ideal basit makinelerde işten kayıp yoktur Bu durumda makine tam kapasite ile çalışır Yani verim % 100 olur
Bir basit makinenin verimi,
4 Basit makinelerde moment ve iş prensipleri geçerlidir
a Moment Prensibi
Sistem denge iken,
Kuvvet Kuvvet kolu = Yük Yük kolu
b İş Prensibi
Bir cisme uygulanan kuvvet ile, kuvvete paralel yolun çarpımı F kuvvetinin yaptığı işe eşittir
W = F x dir İş prensibi ise,
Kuvvet Kuvvet yolu = Yük Yük yolu dur
KALDIRAÇLAR
a Destek ortada ise,
Sağlam bir destek etrafında dönebilen çubuklara kaldıraç denir
Bir kaldıraçta kuvvetin desteğe olan uzaklığına (y) kuvvet kolu, yükün desteğe uzaklığına (x) yük kolu denir
Şekildeki desteğin ortada olduğu ağırlığı önemsiz kaldıraç dengede iken, yük ile kuvvet arasındaki ilişki moment prensibinden bulunur
F y = P x dir
Burada P ile F kuvvetleri paralel olduğu için çubuğa dik bileşenlerini almaya gerek yoktur Kuvvet kolu, yük kolundan büyük (y > x) ise, kuvvetten kazanç sağlanır ve cisimler ağırlığından daha küçük kuvvetlerle dengede tutulabilirler
Bu tip basit makinelere örnek olarak pense, makas, tahterevalli, kerpeten, manivela ve eşit kollu terazi sayılabilir
b Destek uçta ise,
Şekildeki ağırlığı önemsiz olan kaldıraçta, F ile P arasındaki ilişki moment prensibinden bulunur
F y = P x dir
Bu tip kaldıraçlarda, y > x olduğundan kuvvetten kazanç sağlanır El arabası, gazoz açacağı, fındık kırma makinesi, kağıt delgi zımbası bu tip kaldıraca örnek olarak verilebilir
c Yük ve destek uçta ise,
Şekildeki ağırlığı ö-nemsiz olan kaldıraçta, F ile P arasındaki ilişki yine moment prensibinden bulunur
F y = P x dir x > y olduğundan kuvvetten kayıp, yoldan ise kazanç vardır Cımbız ve maşa bu tip kaldıraçlara örnek olarak verilebilir
MAKARALAR
Makaralar sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen, çevresinde ipin geçebilmesi için oluğu olan basit bir makinedir
a Sabit makaralar
Çevresinden geçen ip çekildiğinde yalnızca dönme hareketi yapabilen makaralara sabit makara denir
Moment prensibine göre
F r = P r => F = P dir
Makara ile ip arasında sürtünme önemsiz iken aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvveti aynı olduğundan F = P dir Kuvvetten kazanç yoktur
b Hareketli Makara
Çevresinden geçen ip çekildiğinde hem dönebilen hem de yükselip alçalabilen makaralara hareketli makara denir
Aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvveti aynı olduğundan, dengenin şartına göre,
Hareketli makarada makara ağırlığı ihmal edilmez ise, makaranın ağırlığı P yüküne dahil edilir Ağırlığı ihmal edilen hareketli makarada kuvvetten kazanç vardır Ağırlığı ihmal edilmiyor ise ağırlığa göre kuvvetten kazanç olabilir de olmayabilir de Hareketli makarada F kuvveti ile ipin ucu h kadar çekilirse, karşılıklı paralel iplerin herbirinden h/2 kadar kısalma olur ve cisim h/2 kadar yükselir
Şekilde, makara ağırlıkları önemsizise, F ile P arasındaki ilişki denge şartından bulunabilir Sürtünmeler önemsiz iken aynı ipin bütün noktalarındaki gerilme kuvvetleri eşit olur Yukarı yönlü kuvvetlerin toplamı aşağı yönlü kuvvetlerin toplamına eşit olduğundan,
PALANGALAR
Hareketli ve sabit makara gruplarından oluşan sistemlere palanga denir
Makara ağırlıkları ve sürtünmelerin önemsiz olduğu palanga sistemlerinde, kuvvet ile yük arasındaki ilişki, makaralarda olduğu gibi denge şartlarından bulunur
Makara ağrılıkları ihmal edilmiyor ise, hareketli makaraların ağırlıkları yüke ilave edilerek aynı işlem yapılır Sabit makaraların ağırlıkları ise, tavana bağlı olan iplerle ya da bağlantı maddeleriyle dengelenir
EĞİK DÜZLEM
Ağır yükleri belli yüksekliğe kaldırmak zor olduğu zaman eğik düzlem yardımıyla yükten daha az bir kuvvet ile cisimler istenilen yüksekliğe çıkarılabilir
Sürtünmeler önemsiz ise, eğik düzlemde iş prensibi geçerlidir
Kuvvet Kuvvet yolu = Yük Yük yolu
F S = P h
Kuvvet yolu, kuvvete paralel olan S yolu, yük yolu ise, yüke paralel olan h yoludur Kuvvetten kazanç sağlanır Fakat aynı oranda yoldan kayıp olur
ÇIKRIK
Dönme eksenleri aynı yarıçapları farklı iki silindirin oluşturduğu sisteme çıkrık denir
Şekilde görüldüğü gibi yük, yarıçapı küçük olan silindirin çevresine dolanan ipin ucuna asılır Kuvvet ise, silindire bağlı kolun ucuna uygulanır
Moment prensibine göre,
F R = P r dir
R > r olduğundan kuvvetten kazanç vardır Daha küçük F kuvveti ile dengede tutmak veya yükü sabit hızla çıkarmak için oranını küçültmek gerekir
Et kıyma makinesi, el matkabı, araba direksiyonu, tornavida, kapı anahtarı gibi araçlar çıkrığa örnektir
VİDA
Vida, iki yüzeyi birbirine birleş-tirirken, en çok kullanılan, basit makinelerden birisidir Vidada iki diş arasındaki uzaklığa vida adımı denir Vidayı tahtaya vidalamak için tornavida ile kuvvet uygulayarak döndürmek gerekir
Vida başı bir tam dönüş yaptığında vida, vida adımı (a) kadar yol alır N kez döndüğünde ise N a kadar yol alır
Vidayı döndürmek için uygulanan F kuvvetinin yaptığı iş, vida tahtaya girerken R direngen kuvvetinin yaptığı işe eşittir
İş prensibinden
Kuvvet Kuvvet yolu = Yük Yük yolu
F 2pr = R a dır
Vidanın baş kısmı daire olduğu için bir turda kuvvet yolu dairenin 2pr çevre uzunluğu kadar olur
DİŞLİLER
Dişli çarklar, üzerinde eşit aralıklarla dişler bulunan ve bir eksen etrafında dönebilen silindir şeklindeki basit makinedir Dişler çarkların birbirine geçmesini sağlar Dişlilerden birine uygulanan kuvvet dişler yardımı ile diğerine iletilir Dişlilerin çalışma prensibi çıkrığınkine benzer
Eş merkezli dişliler birbirine perçinli olduğu için hep aynı yönde dönerler ve devir sayıları da eşittir
Şekildeki gibi birbirine temas halinde olan dişliler için, herbir dişli bir öncekine göre,
a Zıt yönlerde dönerler Dolayısıyla K ve M aynı yönde döner
b Devir sayıları yarıçapları ile ters orantılıdır
c K ve M nin aralarındaki devir sayıları oranı L nin yarıçapına bağlı değildir
KASNAKLAR
Kasnaklar dişleri olmadığı için kayış ya da iple birbirlerine bağlanırlar
Devir sayıları yine yarıçapları ile ters orantılıdır Dönme yönleri ise, şekilde görüldüğü gibi kayışların bağlanma şekline göre değişir
Birbirlerini döndüren dişli ve kasnaklarda dönme sayısı ile yarıçapların çarpımı eşittir
Basit makinaların hayatımızdaki önemi nedir?
